CC BY
260
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Никифоров Н.И., Нешумова С.П., Антонов И.А. Справочник газосварщика и газорезчика. - 2-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 1999. - 239 с.
2. Adedayo A.V. Elucidation on Reactions Thermodynamics and Kinetics of OFC-A of Steels // Journal of Minerals, Materials Characteristics, Engineering. - 2010. - V. 9. - № 7. - P. 607-619.
3. Горбач В.Д., Никифоров Н.И. Развитие и применение автоматической термической резки на предприятиях судостроения, металлургии и машиностроения Российской Федерации // Автоматическая сварка. - 2008. - № 11. - С. 120-128.
4. Пирумов У.Г. Росляков Г.С. Газовая динамика сопел. - М.: Наука, 1990. - 368с.
5. Романенко П.Н. Тепломассообмен и трение при градиентном течении жидкостей. - М.: Энергия, 1971. - 568 с.
6. Никифоров Н.И., Сухинин Г.К., Кректулева Р.А., Бежин О.Н., Губенко Л.В. Результаты компьютерных и натурных экспериментов по высокоскоростной кислородной резке металла // Автоматическая сварка. - 2000. - № 5. - С. 21-24.
7. Кректулева Р.А., Герасимов А.В. Пространственное распространение ударного импульса в конденсированных градиент-
ных средах // Численные методы решения задач упругости и пластичности / под ред. В.М. Фомина. - Новосибирск: Изд-во ИТПМ, 1995. - С. 104-108.
8. Физические величины. Справочник / под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.
9. Вахгельт А.Ф., Егоров В.М. Внутренние задачи прикладной газовой динамики. -Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1988. - 118 с.
10. Малов А.Н., Оришич А.М., Фомин В.М., Внучков Д.А., Нали-вайченко Д.Г, Чиркашенко В.Ф. Исследование структуры сверхзвуковых течений воздуха с подводом энергии от квази-стационарного оптического разряда // Известия Томского политехнического университета. - 2010. - Т. 317. - № 4. -С. 155-160.
11. Никитин А.К. Кислородная резка сталей больших толщин // РИТМ. - 2010. - № 7. - С. 42-44.
12. Никифоров Н.И., Кректулева Р.А. Математическое моделирование технологического процесса кислородной резки // Сварочное производство. - 1998. - № 4. - С. 3-6.
Поступила 07.07.2011 г.
УДК 548.55:669.015.5:539.23
К ВОПРОСУ О ПОЛУЧЕНИИ ОСОБО ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО УРОВНЯ (СОСТОЯНИЯ)
А.Н. Порядина, А.М. Апасов
Юргинский технологический институт (филиал) ТПУ E-mail: mchmyti@rambler.ru
Обобщены достигнутые в последнее время основные экспериментальные результаты в области получения ряда металлов в особо чистом состоянии и исследования их свойств. Кратко изложены основные принципы физических методов рафинирования металлов (дистилляция, плавка и зонная перекристаллизация) с применением вакуумной и сверхвысоковакуумной техники. Показана перспектива комплексного применения физических методов рафинирования для глубокой очистки металлов. Процессы дистилляции в вакууме позволяют конструировать особо чистые металлы нанокристаллического уровня путем регулируемой сборки из отдельных атомов и, следовательно, получать металлы с заранее заданными свойствами и структурой.
Ключевые слова:
Металлы в особо чистом состояние, физические методы рафинирования металлов, дистилляция, плавка и зонная перекристаллизация, вакуум, структура, свойства.
Key words:
Metals in a high-purity state, physical methods of metals purification, distillation, melting and zone recrystallization, vacuum, structure, properties.
Введение
На текущий момент времени достигнут высокий уровень чистоты многих полупроводниковых материалов [1, 2]. Так, суммарное содержание основных примесных элементов в лучших образцах германия, кремния не превышает 1011-1012 ат./см3, в арсениде галлия - 1014—1015 ат./см3. Несмотря на то, что для технологий глубокой очистки веществ характерны высокие науко- и капиталоемкость (причем материальные затраты растут нелинейно с повышением степени очистки [3]), повышение чистоты материалов для микроэлектроники продолжает оставаться актуальным. Высокая степень чистоты материалов предопределяет рост экономической эффективности их использования:
расширяются функциональные возможности, улучшаются эксплуатационные характеристики.
Научная проблема подобного уровня стоит и перед металлами: актуальность проводимых комплексных исследований в области особо чистых металлов несомненна [4-6]. Это объясняется тем, что:
• высокочистые металлы - это «особое» фазовое состояние вещества, находящегося в экстремальных условиях, при котором кардинально изменяется поведение известных свойств и выявляются совершенно новые фундаментальные, ранее «скрытые» примесными элементами и соединениями, а также структурными дефектами различного уровня;
• особое качество может быть сформировано только при обязательном условии соблюдения высокой степени физической однородности (полное отсутствие дефектов различного структурного уровня), химической однородности (максимальный уровень диспергирования химических элементов и их соединений по всему объему при их минимальной концентрации или полном отсутствии) и структурной однородности металлов и сплавов. Это, в свою очередь, будет гарантировать реальным изделиям и конструкциям из данных металлов такие механические, физические, химические и другие свойства, информативные параметры которых будут максимально приближены к их теоретическим значениям;
• начавшееся восстановление авиакосмической, оборонной промышленности, специального машиностроения, черной и цветной металлургии, а также решение назревших проблем в микроэлектронике, атомной энергетике, вирусологии, генетике, биомедицине ставит актуальную задачу возрождения внимания к теории и практике разработки новых прецизионных технологий получения сверхчистых металлов, которые являются основой для синтеза новых материалов с заданными свойствами.
Анализ методов очистки металлов
Имеется несколько общих причин, ограничивающих глубокую очистку металлов. К первой группе причин можно отнести факторы, связанные с методами глубокой очистки веществ, с взаимодействием примесей между собой и с очищаемой основой. Вторая группа причин объясняется поступлением примесей из конструкционных материалов в процессах очистки.
Один из радикальных путей повышения эффективности очистки металлов заключается в последовательном использовании ряда методов рафинирования, имеющих различные механизмы разделения примесей. В этом случае можно ожидать более эффективного разделения различных классов примесей, чем при многократном использовании одного метода, даже весьма эффективного.
Следует отметить, что традиционные рафинировочные электротехнологические процессы, осуществляемые в вакуумных дуговых, электроннолучевых, вакуумных индукционных и плазменных электропечах, предназначены для переплавов металлов и сплавов с удалением из расплава через паровую фазу до 0,01...1,0 % исходной массы материала. Такие электропечи не имеют паропроводов и конденсаторов из-за малого количества веществ, переводимых в пар. Конденсация паров в этих электропечах происходит на внутренних поверхностях рабочих камер и других элементах конструкции. После цикла плавок эти поверхности очищаются от конденсата механическим путем. Поэтому традиционные рафинировочные процессы являются частными случаями более общих дистилля-
ционных процессов, когда в паровое состояние переводится от 1 до 90 % исходной массы расплавленных металлов [6].
На основе исследований поведения отдельных примесей или их групп при очистке металлов разработаны и реализованы высокоэффективные физические методы рафинирования:
• плавка и зонная перекристаллизация в сверхвысоком вакууме и контролируемых (активных) средах с применением электронно-лучевого нагрева;
• зонная плавка в сочетании с электропереносом;
• различные сочетания вышеперечисленных методов;
• вакуумная дистилляция, в том числе с конденсацией пара на колонку с градиентом температуры в замкнутом объеме, занимающая особое место среди методов рафинирования в промышленности.
Физико-химические основы дистилляционных методов основаны на разделении металлов при испарении (конденсации) за счет различия в давлениях насыщенных паров. Это различие определяется величиной относительно летучести в отделяемого компонента (применительно к процессу рафинирования эту величину называют коэффициентом разделения). В равновесных условиях
в = NА / N = N / N Ре Н'в / Nв мА / V
где ЫА и ЫА' - мольные доли компонента А в жидкости и в паре соответственно, ЫВ и Ыв - то же для компонента В. Чем дальше отстоит значение ве от единицы, тем эффективнее разделение компонентов.
При молекулярном испарении в вакууме, когда испаряемые компоненты не возвращаются в расплав, а молярные концентрации компонентов пропорциональны их молярным скоростям испарения, степень разделения определяется выражением
в = РN,7, ЩГ
Ре рв^Ув у м, ’
где Р/, Р/, Яа, Нв, Га, Гв, М, Мв - упругость пара, мольная доля, коэффициент активности и молярный вес основного вещества (А) и примеси (В) соответственно.
Расчет процесса вакуумной дистилляции обычно сводится к определению закономерностей изменения состава исходного сплава и конденсата со временем, т. е. к определению кинетики изменения содержания примесей в рафинируемом расплаве и конденсате. Так как сведения о коэффициентах активности и их зависимостях от концентрации элементов ограничены, расчеты можно упростить, предполагая, что для дистиллируемого сплава выполняется закон Рауля. Такое предположение вполне допустимо для сильно разбавленных растворов, т. е. в случае металлов, содержащих малое количество примесей.
Согласно основным положениям теории дистилляции металлов и с учетом малого содержания примесей в рафинированном металле получены упрощенные уравнения для оценки изменения содержания металлических примесей в исходном и конденсированном металле после вакуумной дистилляции:
_(^Т"1. ^ - 1~(1~ / °о) в
где Х0 и Х1 - начальное и конечное содержание примеси в исходном металле, а Хк - содержание ее в конденсате; G0, G1, Gк - массы исходного металла (начальная и конечная) и конденсата соответственно; Д - коэффициент разделения идеального двойного сплава.
В электропечах периодического действия весь технологический процесс происходит в одной камере: после загрузки сырья рабочий объем воздуха откачивается, а после окончания процесса в камеру напускается нейтральных газ для охлаждения тигля, дистилляционного остатка и удаления из печи конденсата - дистиллята [6].
Наиболее распространенная дистилляционная система периодического действия показана на рис. 1. В плавильном тигле исходное сырье нагревается до рабочей температуры, при которой с поверхности расплава испаряются легколетучие компоненты. Парогазовая смесь передается по паропроводу в область расположения охлаждаемого конденсатора, паровая фаза переводится в твердое или жидкое состояние и конденсируется. Технологический процесс можно осуществлять при давлениях, близких к атмосферному, при пониженном давлении в рабочем пространстве электропечей или в глубоком вакууме. В двух последних случаях дистилляционная система, изображенная на рис.
1, помещается в герметичный объем и комплектуется вакуумной системой.
Рис. 1. Схема простой дистилляции: 1) тигель с расплавом; 2) нагреватель; 3) паропровод; 4) водоохлаждаемый конденсатор
Полученный конденсат называется дистиллятом, неиспарившийся расплав - остатком. В процессе дистилляции содержание низкокипящих компонентов в расплаве непрерывно падает. Поэтому уменьшается их содержание и в парах.
Фракционная дистилляция предполагает отвод в разное время паров различных составов в несколько сборников (рис. 2).
Рис. 2. Схема фракционной дистилляции: 1) тигель с расплавом; 2) нагреватель; 3) паропровод; 4) конденсаторы; 5) сборники конденсата
В первый конденсатор поступает первая по времени порция дистиллята, наиболее богатая низко-кипящими компонентами, во второй конденсатор - менее богатый дистиллят и т. д. Конструкция электропечей имеет несколько конденсаторов и позволяет менять их в процессе работы. В каждом из полученных дистиллятов преобладает содержание одного или нескольких компонентов исходного расплава.
Дистилляционные методы использовались для рафинирования многих металлов: Ве, Сг, 2п, Бе, N1, М§, Мп, Ga, Сё, Те, V, 8с и др. Очень широко методы дистилляции использовались для получения высокочистого бериллия.
В работе [4] представлены результаты очистки бериллия методом дистилляции: однократной -1Д, трехкратной - 3Д, двукратной в закрытом объеме - 2Д гет, комплексными методами (двойная дистилляция + зонная плавка (2Д + 3П), а также 2Д + 3П + электроперенос). Таким образом, если исходный металл содержал бериллия ~98...99 %, то после первой дистилляции - 99,99 %, а после очистки комплексным методом - 99,999 %.
Наиболее часто в печах периодического действия конденсирующиеся пары металлов переходят в твердое состояние поэтапно через три стадии: нанокластеры, наноструктуры, нанокристалличе-ское состояние с образованием в итоге сверхчистых металлов.
Методы получения нанокластеров
В основу классификации нанокластеров и наноструктур целесообразно положить способы их получения. Это определяет также разграничения на изолированные наноструктуры и нанокластеры, объединенные в наноструктуру со слабыми или сильными межкластерными взаимодействиями или взаимодействием кластера с матрицей [7].
В группу изолированных и слабо взаимодействующих нанокластеров включены: молекулярные кластеры, газовые безлигандные кластеры
(кластеры шелочных металлов, алюминия и ртути, кластеры переходных металлов, углеродные кластеры и фуллерены, вандерваальсовы кластеры), коллоидные кластеры.
Группа нанокластеров и наноструктур состоит из твердотельных нанокластеров и наноструктур, матричных нанокластеров и супрамолекулярных наноструктур, кластерных кристаллов и фуллери-тов, компактированных наносистем и нанокомпозитов, нанопленкок и нанотрубок.
Безлигандные металлические кластеры получают с помощью сверхзвукового сопла, газовой агрегации и испарением с поверхности твердого тела или жидкости. Они формируются из атомных и молекулярных пучков, когда металл испаряется в вакуум на поверхность конденсатора или какой-нибудь инертный газ. Размер кластеров может варьироваться от нескольких атомов металла до сотен и тысяч, однако линейный размер составляет, как и для молекулярных кластеров, 1...2 нм, и в расчет берется только металлическое ядро. Условия образования таких кластеров определяются газовой фазой и уже не зависят от лигандов, а стабильность и свойства определяются магическими числами образующих кластер атомов.
Тепловой поток паров металла, поступающий на охлаждаемую поверхность конденсатора в печах периодического действия, как правило, изменяется во времени.
Эта техническая особенность системы конденсации паров связана с еще одним требованием: конденсаторы с переводом пара в твердое состояние должны обеспечивать утилизацию продукта за весь технологический цикл и, следовательно, не допускать роста температуры поверхности конденсации выше температуры плавления конденсата к концу плавки, когда образуется большой слой конденсата.
Скорость конденсации в твердое состояние и структура получаемого твердого конденсата в наибольшей степени зависят от соотношения температуры конденсации Тк и температуры плавления осаждаемого вещества Тш.
При Гк<Гш конденсаты формируются как неравновесные системы, состоящие из беспорядочно ориентированных сверхмелких зерен размером <10 нм с рассеянной микропористостью. При температуре поверхности конденсации в диапазоне <0,3Тпл<Тк<0,5Тпл для конденсатов характерна столбчатая структура с кристаллографической ориентацией [8]. При высокотемпературной конденсации в твердую фазу, когда Гк>0,5Гпл, формируется равновесная структура, подобная структуре рекристаллизованных металлов и сплавов.
В начале процесса металлическая водоохлаждаемая поверхность конденсатора без промежуточных слоев взаимодействует с паровым потоком. За счет разности температур в соответствии с диаграммой состояния на этой поверхности начинает образовываться конденсат.
Формирование наноструктур из атомов и молекул чистых металлов, адсорбированных на поверхности конденсаторов при дистилляции
Твердая поверхность конденсаторов представляет собой особый вид структуры, где проявляются не только особенности конденсированного состояния вещества, но также и газовой фазы. Ее свойства также определяют многие характеристики нанокластеров и наноструктур. Здесь исследуются различные свойства поверхности на микроскопическом уровне. Это атомная, электронная, магнитная структура, как в статическом плане, так и в динамическом по сравнению с характеристическими временами поверхности, измеряемые теми или иными методами [5].
Прежде всего необходимо остановиться на основных подходах, которые используются для описания структурных и электронных свойств атомов и молекул, входящих в состав поверхности или адсорбированных на ней. Речь идет о методе молекулярных орбиталей, позволяющем конструировать химические связи и образовывать из атомов молекулы, нанокластеры и наночастицы и тело правильной геометрической формы макроскопических размеров, находящегося в конденсированном состоянии.
Орбитали получаются пр и решении уравнений квантовой механики типа Нр=Ер, где H - оператор Гамильтона; Е - энергия орбиталей; р - атомные или молекулярные орбитали. Поиск атомных орбиталей в одноэлектронном приближении осуществляют в виде рnlm(r,0,р)=Rn]lr)Ylm(0,р), где г -расстояние электрона от ядра; О и р - углы сферической системы координат; Rnl;(r) и Ут(0,р) - радиальная и сферическая функции.
Поэтому при сближении атомов металлов, первыми перекрываются их внешние 8-орбитали. Вначале перекрываются «хвосты» 8-орбиталей, и энергия межатомной связи по мере сближения и повышения концентрации электронов между ядрами постепенно увеличивается. Сближение атомов происходит до совмещения (суперпозиции) максимумов электронной плотности Т 8-орбиталей, что отвечает удвоению электронной плотности в зоне перекрытия.
Такая высокая концентрация электронов между ядрами соседних атомов стягивает эти атомы и представляет металлическую связь. Суперпозиции максимумов плотности 8-оболочек отвечает наибольшая энергия связи между ближайшими соседями. Дальнейшего сближения атомов не происходит вследствие понижения энергии связи из-за уменьшения перекрытия 8-оболочек, а также вследствие сильного возрастания отталкивания друг от друга остовных электронных оболочек и взаимного отталкивания ядер.
Число, протяженность и симметрия орбиталей атомов данного конкретного элемента полностью определяют число, длину, ориентировку и энергию межатомных связей, образующихся в результате
перекрывания этих орбиталей, а следовательно, размещение атомов в пространстве, т. е. кристаллическую структуру, а также основные физико-химические свойства элемента. Геометрия кристаллической решетки любого элемента является прежде всего следствием симметрии перекрывающихся электронных орбиталей его атомов [5, 9].
Молекулярные орбитали (МО) формируются из атомных (АО) с помощью линейных комбинаций (ЛК) и, таким образом, составляется метод ЛКАО-МО, позволяющий с помощью тех или иных приближений и с учетом симметрии рассчитывать электронную плотность молекулы или нанокластера.
В качестве примера применения метода ЛКАО-МО проследим изменение МО для молекулы, включающей два фрагмента, и модельной молекулы с одним занятым уровнем при ее адсорбции на поверхность металла.
Для молекулы с двумя фрагментами и четырьмя электронами возникает связывающая МО (нижняя) и разрыхляющая орбиталь (верхняя), которая суммарно повышает энергию и обеспечивает отталкивание фрагментов. Однако в случае взаимодействия такой молекулы с поверхностью твердого тела разрыхляющая орбиталь может оказаться выше по энергии, чем уровень Ферми. Тогда электроны переходят с нее на уровень Ферми, и заполненной остается только связывающая орбиталь, что и обеспечивает связь молекулы с поверхностью. На больших расстояниях существует только отталкивание, которое растет при приближении молекулы к поверхности. Однако когда энергия разрыхляющей орбитали достигает уровня Ферми, электроны переходят на вакансии в зонах металла. В результате отталкивание сменяется притяжением.
С учетом вышеизложенного при достижении поверхности конденсатора происходит понижение температуры паров чистых металлов, сближение их атомов и перекрытие их внешних 8-орбиталей, образование межатомных связей и, следовательно, размещение атомов в пространстве, т. е. образование упорядоченной кристаллической структуры из чистых элементов или нанокластеров, из которых впоследствие формируются сверхчистые металлы в нанокристаллическом состоянии.
Синтез новых материалов
на основе дистилляционных процессов
Процессы испарения и конденсации паровой фазы в вакууме позволяют конструировать сверхчистые металлы путем регулируемой сборки из отдельных атомов и, следовательно, при выполнении программы этой сборки синтезировать материалы с заранее заданными свойствами и структурой.
Электропечи, обеспечивающие проведение таких электротехнологий, имеют много общего с ди-стилляционными установками для разделения и рафинирования металлов. Основные отличия новых электропечей состоят в том, что в рабочем пространстве необходимо обеспечивать не только
получение чистых паров, но и их дозирование, смешение и управление конденсацией [8, 10].
Созданные вакуумные плазмотроны специальной конструкции для нагрева исходных материалов в виде порошков, в том числе ультрадисперсных [11, 12], индивидуально нагревают каждую такую отдельную частицу путем электронно-ионного взаимодействия с плазмой. Испарительные процессы переводят материал в пар, формируются интенсивные парогазовые направленные потоки ионизированных частиц. Струйные течения ионизированной парогазовой смеси позволяют управлять температурными полями на подложке, кинетической энергией направленного движения пара и легирующих твердых частиц, их температурой. Это существенно изменяет характер конденсационных процессов на подложке-конденсаторе. Вакуумные плазменные устройства позволяют совместить сам процесс синтеза сверхчистых металлов при осаждении на конденсатор-подложку с выполнением некоторых других технологических операций:
• плазменные потоки на поверхность конденсации могут удалять поверхностный слой подложки (конденсатора) и активизировать эту поверхность за счет направленной обработки ионным потоком (например, аргона). Последующая конденсация паров позволяет достичь мо-ноатомного уровня переходного слоя, т. е. физического контакта (адгезии) на их границе или, наоборот, создать условия для отделения полученного конденсата от подложки.
• можно синтезировать материалы, нанесенные в виде тонких (10.15 мкм) металлических покрытий на готовых изделиях или толстых слоев (до 1.3 мм) на массивные конструкции, а также в виде полуфабрикатов - фольги, ленты, листа.
• возможно получать заготовки и изделия сложной формы, например, тел вращения. Принципиально иной механизм конденсации
наблюдается при реализации объемно-поверхностных процессов перевода паров в твердое состояние. В этом случае свободная пространственная конденсация зависит от температурных условий на первичной поверхности конденсации, от условий теплообмена в прилегающих объемах пространства, от температуры и давления пара.
В работах Б.А. Мовчана [8, 9] показано, что практическая и, следовательно, экономическая целесообразность применения металлов, конденсированных из паровой фазы, определяется конечным результатом: неизвестными до настоящего времени особыми свойствами синтезированных сверхчистых металлов, надежностью, долговечностью, новыми эксплуатационными параметрами деталей машин, аппаратов, иных устройств. Накопленные к настоящему времени результаты лабораторных исследований и промышленного применения сверхчистых металлов и неорганических материалов, осаждаемых из паровой фазы в вакууме, позволяют выделить несколько наиболее перспективных направлений.
1. Осаждение металлических и керамических материалов на поверхности готовых изделий в виде покрытий толщиной 10.200 мкм с заданными физико-химическими свойствами. Например, жаростойких и теплозащитных покрытий на лопатки газовых турбин различного назначения [8].
2. Осаждение толстых слоев (более 0,5 мм) в качестве:
• конструкционных покрытий, например оболочек, выполняющих функцию несущего элемента изделия;
• второго слоя биметаллических заготовок, предназначенных для дальнейшей обработки;
• рабочего слоя мишеней для магнетронного распыления.
3. Получение фольги, листа, труб и изделий более сложной формы из труднообрабатываемых материалов (например, бериллия).
4. Осаждение массивных заготовок (более 100 кг) известных высокопрочных материалов для последующей термомеханической обработки с целью получения полуфабрикатов и изделий с оптимальной структурой и высокими значениями физико-механических свойств (например, высокопрочных сплавов алюминия [8]).
5. Производство новых дисперсно-упрочненных, микрослойных и микропористых материалов в виде покрытий, полуфабрикатов и изделий из них с широкой гаммой физико-химических свойств (например, Си-Мо, Р1;-2г02, Сг-Л1203).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ажажа В.М., Ковтун Г.П., Неклюдов И.М. Комплексный подход к получению высокочистых материалов для микроэлектроники // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2002. - № 6. - С. 3-6.
2. Девятых Г.Г. Разработка высокочистых материалов // Сучасне матерiалознавство XXI сторіччя: сб. / ред. І.К. Походня [та ін]. - Київ: Наукова думка, 1998. - 658 с.
3. Нисельсон Л.А., Копецкий Ч.В. Проблема чистоты материалов в электронике // Высокочистые вещества. - 1993. - № 2. -С. 20-30.
4. Ажажа В.М., Ковтун Г.П., Тихинский ГФ. Получение и металлофизика особо чистых металлов // Металлофизика и новейшие технологии. - 2000. - Т. 22. - № 2. - С. 21-35.
5. Апасов А.М. Нанокристаллическое состояние металлов и сплавов. - Томск: Изд-во ТПУ, 2009. - 840 с.
6. Cherednichenko V.S. Distilling electric furnaces. - Novosibirsk: NSTU Publisher, 2009. - 369 p.
7. Мовчан Б.А. Получение новых неорганических материалов путем конденсации паров фазы в вакууме // Вестник АН СССР. - 1985. - № 7. - С. 21-29.
6. Получение путем управляемого синтеза при осаждении интерметаллидов тугоплавких соединений, тонкой керамики, алмазоподобных структур с заданными свойствами и техническими решениями (покрытие, пленка, лист, трубка и др.). Например, магнитожестких материалов 8шСо17, №2Ре4В или высокотемпературной сверхпроводящей керамики типа таа^^-х[7].
Успешная реализация этих технологий определяется режимами работы специальных электропечей, позволяющих получать высокоскоростные потоки различных веществ.
Выводы
Установлено, что для получения особо чистых металлов нанокристаллического уровня необходимо:
• рафинируемый металл из расплавленного состояния полностью перевести в паровую фазу;
• последовательно и избирательно в зависимости от температуры кристаллизации конденсировать остатки компонентов вредных примесей, лигатур из паровой фазы с окончательным выделением рафинируемого металла на поверхности тарелей конденсатора;
• на основе направленной кристаллизации сгруппировать из моноатомных слоев чистых элементов металлов упорядоченные кристаллические структуры уровня нанокластеров с последующим формированием сверхчистых металлов в нанокристаллическом состоянии.
8. Мовчан Б.А., Демчишин А.В. Исследование структуры и свойств толстых вакуумных конденсатов никеля, титана, вольфрама, окиси алюминия и двуокиси циркония // Физика металлов и металловедение. - 1969. - Вып. 28. - № 4. -С. 23-30.
9. Чередниченко В.С., Еременко Г.П., Зырянов С.А. и др. Нагрев порошковых материалов в сильноточных вакуумных дугах // Сибирский физ.-техн. журнал. - 1991. - Вып. 6. - С. 99-105.
10. Чередниченко В.С., Чередниченко М.В. Вакуумные плазменные электропечи с полными катодами. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999. - 138 с.
11. Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. - М.: КомКнига, 2006. -592 с.
12. Григорович В.К. Металлическая связь и структура металлов. -М.: Наука, 1988. - 296 с.
Поступила 31.03.2010 г.
